朱長(zhǎng)江

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

由于中陽(yáng)縣寧鄉(xiāng)鎮(zhèn)國(guó)道209、省道340 中陽(yáng)縣過(guò)境公路等工程施工，是呂梁市的重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目，該露天石料礦區(qū)除了存在產(chǎn)能不足的情況，還存在爆破后孔口部分巖石塊度偏大、爆破振動(dòng)強(qiáng)度偏大對(duì)爆區(qū)周?chē)?gòu)筑物的安全造成危害等情況。目前，國(guó)內(nèi)解決爆破后大塊度巖石的方法主要是機(jī)械錘或炸藥二次爆破的方式，解決爆破振動(dòng)強(qiáng)度大的方法主要是通過(guò)多打孔少裝藥和多次起爆以降低單次起爆藥量的方式，以上方法不但加大了工作量，降低了爆破施工效率，還提高了施工成本。有不少學(xué)者針對(duì)上述情況提出了空氣袋間隔裝藥方式，他們的出發(fā)點(diǎn)都是間隔裝藥后藥卷均勻排列達(dá)到能量均衡分布，這種裝藥方式在減少巖石爆破后大塊率方面取得了一定的效果[1-2]，但研究水袋間隔裝藥方式的學(xué)者很少，提出水袋間隔裝藥降塵環(huán)保的提法就更少。同樣在炮孔堵塞研究方面，很少有學(xué)者研究用水袋和黃泥在孔口進(jìn)行二次堵塞炮孔的方式來(lái)減少孔口巖石大塊率。普通雷管分段微差爆破降低振動(dòng)減弱危害這方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的較多[3-4]，數(shù)碼電子雷管分段微差爆破的減震研究有一些，又因爆破環(huán)境的不同，研究成果不一。

1 礦區(qū)概況及其工程地質(zhì)條件

1.1 礦區(qū)概況

西溝露天石料廠位于山西省呂梁市，屬于暖溫帶的干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在6～18℃，四季變化相對(duì)比較明顯，春季干燥且多風(fēng)沙，夏季高溫相對(duì)多雨，秋季涼爽相對(duì)雨水不多，冬季寒冷降水偏少，呂梁地區(qū)的年降雨量季節(jié)分配極不均勻，多年月平均降雨量季節(jié)變化較大，夏季（6—8 月份）降雨量最大，平均為293.0 mm，占年平均降雨量的60%左右[5]。石料廠東側(cè)為石山，西側(cè)200 m 處為丘陵地帶，南側(cè)500 m 處為公路，北側(cè)為石山。石料廠所處的區(qū)域?qū)儆趧兾g性丘陵地貌，地形波狀起伏，地面高程在100～550 m，沿線路山體頂部見(jiàn)巖石裸露，底部局部或大部見(jiàn)基巖裸露，斜坡覆蓋第四系殘坡積土層。該區(qū)域位于山西地震帶西部，該區(qū)域的地震活動(dòng)相對(duì)較弱，多小于5 級(jí)，該區(qū)域的地震動(dòng)峰加速度值為0.045g 左右，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4 s左右，相應(yīng)的地震基本烈度為6 度。未見(jiàn)滑坡、坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生，自然條件下本區(qū)域比較穩(wěn)定。

1.2 工程地質(zhì)條件

該爆破區(qū)域的山體基本上是由變質(zhì)片麻巖組成，已經(jīng)剝離的山體地表巖體風(fēng)化作用比較強(qiáng)烈，剝離后露出的片麻巖較為穩(wěn)固。爆破山體區(qū)域周?chē)蟛糠稚襟w灌木較少，自然坡度一般在15°～30°，局部地區(qū)是較陡的陡坎，坡面草地和荒地錯(cuò)綜分布，山谷下的小溪水量受季節(jié)影響明顯，夏季是雨季徑流量較大，冬季為旱季則溪水涓涓。附近村落比較稀少人口不多，有上山硬化道路與山下線路想通，上山的道路坡度為15°左右，交通條件一般。廠區(qū)生產(chǎn)加工場(chǎng)地和最近的村落距爆區(qū)現(xiàn)場(chǎng)有500 m 以上距離，爆破作業(yè)條件相對(duì)不錯(cuò)。石料廠所處區(qū)域的礦床地質(zhì)條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等相關(guān)參數(shù)經(jīng)勘測(cè)確定，完全符合國(guó)家非煤露天礦山開(kāi)采的政策標(biāo)準(zhǔn)。

2 爆破施工設(shè)計(jì)

2.1 爆破施工流程

為了保證石料廠爆區(qū)的爆破工程質(zhì)量和施工安全，爆破施工程序總體安排是采用臺(tái)階深孔爆破施工，采用中孔和深孔2 種形式爆破較好。爆破施工的臺(tái)階高度為15 m，擬采取寬孔距小排距爆破。爆破施工是先在臺(tái)階上進(jìn)行鉆孔打眼，按臺(tái)階從上到下采取寬孔距小排解深孔爆破。每個(gè)臺(tái)階有2 個(gè)自由面，分別是水平自由面和相對(duì)傾斜自由面，在水平自由面上進(jìn)行鉆孔、裝藥和連線，然后堵塞炮孔再做起爆工作，爆破時(shí)破碎巖石朝著相對(duì)傾斜自由面的一側(cè)崩落，爆破后會(huì)形成新的傾斜自由面[6]。

2.2 爆破設(shè)計(jì)

此次爆破施工設(shè)計(jì)為深孔爆破的爆破方式，本工程鉆機(jī)用深孔鉆巖設(shè)備KSZ100 潛孔鉆機(jī)（5 臺(tái)）進(jìn)行鉆孔，炮眼直徑0.1 m，為了防止爆破后根底問(wèn)題較多所打炮眼深度不少于16.5 m，抵抗線根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)取3.5 m，所用炸藥品種是2 號(hào)巖石乳化炸藥，炮眼的布孔選擇梅花狀多排方式排列，炮眼排距等于抵抗線距離為3.5 m，炮孔間距是排距的1.2倍取4 m[7]，通過(guò)在裝藥藥卷間加水袋的間隔裝藥方式來(lái)減少單孔裝藥量，單孔裝藥量保證控制在80 kg以下，限制一次起爆總裝藥量不超過(guò)2 400 kg。在總爆破中，計(jì)劃用2 號(hào)巖石乳化炸藥量為100 t，計(jì)劃用數(shù)碼電子雷管量為5 000 發(fā)。

2.3 調(diào)整改進(jìn)爆破設(shè)計(jì)

本次爆破采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆的方式來(lái)爆破，可根據(jù)爆破現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)反饋的情況來(lái)調(diào)整數(shù)碼電子雷管的分段延期時(shí)間，在孔間距和排間距不變的情況下，總結(jié)如下：

1）數(shù)碼電子雷管的分段微差設(shè)計(jì)。電子雷管設(shè)置25～55 ms 的分段微差時(shí)，相鄰炮孔破碎后，破碎巖石和爆破沖擊波之間相互碰撞干擾抵消效果較好，破碎后巖石塊度比較均勻，爆破效果相對(duì)較好。

2）改進(jìn)炮孔的裝藥方式設(shè)計(jì)。本次爆破設(shè)計(jì)采取炮孔內(nèi)水袋與藥包間隔裝藥方式，這種裝藥方式首先能節(jié)省了單孔炸藥用量和總裝藥量即節(jié)省了購(gòu)買(mǎi)炸藥的資金，其次水在爆破中是不可壓縮介質(zhì)，爆破能量在水中傳輸不損耗，對(duì)巖石還會(huì)起到延時(shí)破碎作用，能有效降低大塊率，再者采用間隔裝藥后炸藥分布也趨于合理會(huì)使爆破能分布比較均勻，有利于減少大塊率改善爆破效果，再就是水袋中的水在爆破后霧化散落下來(lái)能夠起到降塵作用，有利于改善爆破環(huán)境，降低職業(yè)病危害[8]。

3）改進(jìn)炮孔堵塞方式。在裝藥完成后采用水袋加黃泥填塞的二次填塞方式來(lái)減小臺(tái)階爆破炮孔孔口巖石的破碎塊度大小，大大節(jié)省了二次破碎的工作量，提高了爆破作業(yè)效率并且加快了施工進(jìn)度[8]。

最后，在爆破作業(yè)面上通過(guò)多次試炮方式來(lái)調(diào)整水袋與藥包的間隔裝藥參數(shù)和炮孔填塞水袋與黃泥的比例參數(shù)，達(dá)到理想化的爆破效果。但隨著臺(tái)階爆破的推進(jìn)，周?chē)骗h(huán)境發(fā)生了變化，這個(gè)參數(shù)應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的數(shù)值，不能固化使用。

3 爆破安全設(shè)計(jì)

3.1 爆破安全距離計(jì)算

采用薩道夫斯基公式計(jì)算爆破振動(dòng)的安全距離：

式中：Rd為爆破地震波危險(xiǎn)半徑，m（按地表建筑物安全確定）；Q 為最大單響裝藥量，kg；V 為允許振動(dòng)速度，cm/s；Kd為巖石性質(zhì)系數(shù)；α 為爆破性質(zhì)系數(shù)。

GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》[9]規(guī)定的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，爆區(qū)不同巖性的K、α 值見(jiàn)表2。

表1 GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

表2 爆區(qū)不同巖性的K、α 值

根據(jù)表1 規(guī)定，V＝0.01 m/s；根據(jù)表2 中硬巖石Kd＝150～250，α＝1.5～1.8；經(jīng)計(jì)算Rd＝217～531 m。

距離石料廠爆區(qū)最近的建構(gòu)筑物在500 m 左右，所以本次爆破振動(dòng)安全距離的計(jì)算結(jié)果基本滿(mǎn)足爆破安全距離要求。

3.2 調(diào)整爆破安全設(shè)計(jì)

為了減少本次爆破施工可能對(duì)周?chē)?gòu)筑物造成的爆破振動(dòng)危害，本次爆破設(shè)計(jì)方案采用了數(shù)碼電子雷管毫秒分段微差爆破技術(shù)，根據(jù)試炮效果適當(dāng)調(diào)整孔間和排間雷管起爆的時(shí)間，在孔間距和排間距不變的情況下，通過(guò)反復(fù)試炮對(duì)比得出數(shù)碼電子雷管設(shè)置20～55 ms 分段微差時(shí)（孔內(nèi)電子雷管設(shè)置微差時(shí)間取小值，排間電子雷管設(shè)置微差時(shí)間取大值），可通過(guò)爆破應(yīng)力波的錯(cuò)峰來(lái)減弱爆破振動(dòng)波峰值和爆破振動(dòng)速度，以減小爆破振動(dòng)對(duì)爆區(qū)周?chē)?gòu)筑物造成的危害[10]。

3.3 安全距離及采取的防護(hù)措施

1）個(gè)別飛石的安全距離RF。在臺(tái)階爆破中，可能有個(gè)別飛石飛散較遠(yuǎn)造成危害，爆破產(chǎn)生的飛石飛散距離與爆區(qū)的地形和地質(zhì)構(gòu)造、爆破設(shè)計(jì)的參數(shù)、炮孔堵塞的質(zhì)量等因素有關(guān)。本設(shè)計(jì)按爆破中常用的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算RF＝150～160 m。

式中：RF為1 個(gè)別飛石的安全距離，m；D 為炮孔直徑，爆破設(shè)計(jì)為10 cm。

2）爆破空氣沖擊波的安全距離RK。RK按式（3）計(jì)算[11]，經(jīng)計(jì)算Rk≈245 m。

式中：Rk為爆破空氣沖擊波的安全距離，m；Kk為系數(shù)，取Kk＝5；Qd為單響起爆的藥量，kg。

3）防護(hù)飛石措施。由于爆破中個(gè)別飛石的飛行距離可能較大，對(duì)附近的建構(gòu)筑物造成危害，本次爆破區(qū)域防護(hù)采取兩級(jí)排架防護(hù)：第一級(jí)排架采用工字鋼埋設(shè)固定并加隔離鋼網(wǎng)隔開(kāi)公路和施工區(qū)，架設(shè)在山腳下靠近山體一側(cè)；第二級(jí)排架設(shè)在爆體附近，用高于爆體1 m 以上的移動(dòng)式鋼管排架，排架防護(hù)面上要滿(mǎn)鋪雙層竹笆。主爆區(qū)爆破時(shí)，考慮到爆破強(qiáng)度較大，如有需要可以考慮在臺(tái)階表面用布魯克網(wǎng)進(jìn)行覆蓋以加強(qiáng)防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

西溝露天石料廠爆破施工設(shè)計(jì)在認(rèn)真研究當(dāng)?shù)芈短焓蠌S的工程地質(zhì)條件和周?chē)骗h(huán)境的前提下，通過(guò)水袋間隔裝藥方式減少單孔裝藥量以減少炸藥單耗，并通過(guò)水袋加黃泥的二次堵塞炮孔方式來(lái)減小臺(tái)階炮孔孔口爆破的塊度大小，水袋的利用在改善爆破效果的同時(shí)還起到了霧化降塵的作用，再通過(guò)調(diào)整數(shù)碼電子雷管的分段微差時(shí)間來(lái)減小爆破振動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境的危害，通過(guò)不斷試炮確定最優(yōu)化的爆破設(shè)計(jì)方案，隨后采用了爆破安全設(shè)計(jì)和安全技術(shù)管理措施等一系列的安全施工保障方案，為順利完成該露天石料廠爆區(qū)的爆破施工作業(yè)提供了智力支撐和技術(shù)保障。